莫斯科電子與數(shù)學(xué)研究所 (MIEM HSE) 的康斯坦丁·阿魯秋諾夫教授與中國研究人員共同開發(fā)了一種基于石墨烯的機械諧振器，在這種共振器中，聲能量子（或聲子）的連貫發(fā)射被誘導(dǎo)出來。這種稱為聲子激光器的設(shè)備在信息處理以及材料的經(jīng)典和量子傳感方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。該項研究發(fā)表在《光學(xué)快報》雜志上。

用于接收和記錄聲子輻射的實驗裝置示意圖

使用光子類比，電磁頻譜的量子，還有聲能粒子，聲子。事實上，這些是物理學(xué)中人為引入的對象，準粒子，它們對應(yīng)于物質(zhì)晶格的振動。

某些物質(zhì)在受到照射時會發(fā)出相同波長、相位和偏振的光子。這個過程稱為受激發(fā)射，由阿爾伯特·愛因斯坦在一個多世紀前預(yù)測，是我們眾所周知的設(shè)備，激光的基礎(chǔ)。第一臺激光器大約在 60 年前制造出來，它們已經(jīng)在我們生活的各個領(lǐng)域中牢牢地扎根。

一個類似的過程，包括發(fā)射“相同”的聲子，是一種類似地稱為聲子激光器或 saser 的設(shè)備的基礎(chǔ)。事實上，它與激光是同時被預(yù)測的，但在很長一段時間內(nèi)只開發(fā)了少數(shù)實驗性實現(xiàn)，并且沒有一個在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

在過去的十年中，鎂離子、半導(dǎo)體、具有微腔的復(fù)合系統(tǒng)、機電諧振器、納米粒子以及許多其他物質(zhì)和系統(tǒng)已被用作聲子激光器的活性介質(zhì)。與之前的研究不同，本研究使用石墨烯來產(chǎn)生相干聲學(xué)激發(fā)。由于石墨烯的獨特性質(zhì)，這種諧振器有可能被廣泛使用。

石墨烯諧振器是通過微光刻技術(shù)生產(chǎn)的：將感光聚合物薄膜沉積在硅基板上。使用紫外光，在基板上“繪制”某種結(jié)構(gòu)，隨后通過等離子體處理形成重復(fù)的微腔系統(tǒng)。處理過的基板覆蓋有一層石墨烯，這個“鼓”系統(tǒng)就像一個諧振器，即如果外部振動以特定頻率產(chǎn)生，它就會放大外部振動。

如果用特定波長的激光照射這樣的“鼓”，光子會在硅背襯和石墨烯之間反復(fù)反射，從而形成光學(xué)腔，在那里產(chǎn)生適當(dāng)頻率的機械振動。

通過實驗，我們研究了一種納米結(jié)構(gòu)，它是一種由單原子碳層或石墨烯制成的固定膜。原子或聲子的振動通過暴露于外部光輻射而在其中被激活，Konstantin Arutyunov 說，這項研究有望繼續(xù)進行，因為它對超小物體的物理學(xué)具有相當(dāng)大的興趣，并且有可能創(chuàng)造出新一代的量子光機械傳感器和換能器。

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